Sintesi del suono

La sintesi del suono è invece l’operazione inversa dell’analisi del suono ed un sistema informatico specializzato in essa ha il compito di generare suoni complessi partendo dalle forma d’onda secondo una delle tante tecniche di sintesi. Tre sono le principali tecniche di sintesi:
1. additiva;
2. sottrattiva;
3. sintesi FM.

Sintesi additiva
Lo sviluppo di sistemi di sintesi additiva ha dominato la scena delle attività di ricerca della composizione del suono per molti anni, fornendo tra l’altro una solida base per la realizzazione di molti strumenti elettronici destinati al grande mercato.
La sintesi additiva si basa sul teorema di Fourier. Se è possibile scomporre un suono nelle sue componenti fondamentali anche possibile generare un suono sommando le componenti che formano il suono stesso. Quindi, secondo questa tecnica, ogni suono può essere generato attraverso una opportuna combinazione di suoni sinusoidali, così come nel campo dell’ottica ogni colore può essere ricostruito attraverso un’opportuna combinazione di colori elementari. [Piero Pierucci, Architetture Sonore, pag. 245]

A prima vista sembra che con la sintesi additiva si possa generare qualsiasi suono, ma esistono delle limitazioni. Se in teoria è possibile sintetizzare un suono partendo dalle sue componenti, è pur vero che bisogna conoscerle a priori: se si volesse sintetizzare il suono di un qualsiasi strumento e non se ne conoscesse lo spettro a priori, non si saprebbero informazioni riguardanti la frequenza, l’ampiezza e la fase delle componenti del suono, quindi non si potrà ottenere il risultato prefissato.
La sintesi additiva può essere sviluppata sia con la tecnologia analogica che con quella digitale, ma solamente quest’ultima permette di disporre di un numero così elevato di oscillatori da ricavarne un timbro molto ricco di armoniche. Ad esempio, se si intendesse sintetizzare il suono di un pianoforte considerando solo le sue prime dieci armoniche ed una polifonia di otto note, occorreranno otto per dieci oscillatori, cioè ottanta. [Computer e Musica: Manuale Completo / Enrico Paita: Jackson, 1997]
Un altro limite di questa tecnica di sintesi consiste nell’elevatissimo numero di parametri necessari per controllare l’evoluzione di suoni particolarmente complessi. Questo porta spesso ad una pesantezza di funzionamento del sistema di sintesi, che non riesce ad eseguire in tempo reale tutte le operazioni necessarie.
Seppur macchinosa, la sintesi additiva rimane in linea di principio il metodo più completo per la sintesi del suono, perché consente un controllo dettagliatissimo sulle singole componenti armoniche. [Piero Pierucci, Architetture Sonore, pag. 245]

Sintesi sottrattiva.
La sintesi sottrattiva parte da un concetto di fondo molto diverso. Essa utilizza un suono molto ricco di armoniche per poi filtrarlo con dei filtri. I filtri sono quindi l’elemento principale di questa tecnica di sintesi, poiché permettono di modificare il contenuto armonico del timbro originale. In sostanza, contrariamente a quanto fatto nella tecnica additiva, si considera il suono come il risultato di un processo di sottrazione di alcune componenti spettrali a spese di un suono originante, ad ampio spettro [J.A. Moorer, Signal Processing Aspect of Computer Music: A survey, citato in Piero Pierucci, Architetture Sonore, pag. 252]
Questo tipo di sintesi richiede un numero di oscillatori molto più limitato ed è proprio per questo motivo che è stata adottata nei primi sintetizzatori analogici degli anni settanta. La fonte del suono utilizzata in questa sintesi può essere di qualsiasi tipo, basta che sia ricca di armoniche.

Sintesi FM (Frequency Modulation).
Dopo l’esperienza della sintesi additiva e sottrattiva, la ricerca musicale era spinta verso generazione di un segnale più complesso di quello ottenibile da tali tecniche e verso la direzione di una procedura più efficiente per il controllo dell’evoluzione delle componenti spettrali nel tempo.
Nel 1972, un musicista molto versatile, John Chowning, consegue dei risultati a dir poco rivoluzionari realizzando un brano musicale sintetizzato con la tecnica della modulazione di frequenza: Turenas. In realtà la tecnica FM era già utilizzata nel campo delle telecomunicazioni, ma solamente con Chowning trova impiego in campo musicale.
La tecnica FM si basa infatti sul principio di funzionamento che consente le trasmissioni di alcuni segnali radiofonici e televisivi via etere. In questo caso si ottiene la trasmissione inviando all’antenna trasmittente un segnale risultato dalla combinazione di un’oscillazione a frequenza costante, chiamato segnale portante, e del segnale da trasmettere, chiamato segnale modulante. La combinazione avviene modificando la frequenza del segnale portante in funzione dell’ampiezza del segnale modulante. In fase di ricezione, è possibile, tramite opportuni circuiti, ricostruire il segnale modulante oggetto della trasmissione. Nelle applicazioni di telecomunicazione la frequenza dell’oscillazione portante – solitamente superiore ad un MHz – è molto maggiore della frequenza più elevata contenuta nel segnale – inferiore a 15 kHz -. Ne consegue che il segnale portante e il segnale modulante interagiscono generando un segnale con un contenuto spettrale che si aggira intorno alla portante. [Piero Pierucci, Architetture Sonore, pag. 252]
Se invece le frequenze dei due segnali sono vicine tra loro e sono nella banda delle frequenze udibili – ambedue inferiori a 20 kHz - , come nel caso della FM per applicazioni musicali, si producono dei segnali aggiuntivi che vanno ad aumentare la complessità del risultato. Se ad esempio il segnale modulante è una semplice sinusoide e le frequenze delle oscillazioni sinusoidali sono comparabili si ottiene un segnale come quello riportato in figura num. molto più complesso di in figura num. che rappresenta il procedimento di sintesi additiva. Questa sorta di moltiplicazione degli effetti è la chiave di volta della sintesi FM.
Sebbene il principio di fondo della sintesi FM non sia complicato, la programmazione di un sintetizzatore FM richiede un impegno di risorse notevoli e una certa quantità di calcoli ma soprattutto richiede una notevole precisione che si può ottenere solamente utilizzando macchine completamente digitali.
La tecnica FM è stata una delle operazioni commerciali più riuscite nel campo musicale. La scoperta di Chowning infatti non passa inosservata e nel 1983 – solo allora infatti la tecnologia digitale ha permesso di realizzare macchine sofisticate e precise ad un prezzo accessibile – la Yamaha presenta i primi sintetizzatori digitali FM appartenenti alla famigli DX.